《高通量異源表達激活鏈黴菌沉默抗生素生物合成途徑》是依託上海交通大學，由陶美鳳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高通量異源表達激活鏈黴菌沉默抗生素生物合成途徑
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陶美鳳
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鏈黴菌的基因組編碼大量沉默的抗生素生物合成基因簇，如何高效激活這些天然產物資源，以應對人類面臨的多重耐藥菌嚴峻挑戰？我們前期研究建立了鏈黴菌基因組文庫的高通量異源表達技術，用於篩選可激活沉默基因簇的全局性正調控基因，用獲得的基因最佳化變鉛青鏈黴菌得到菌株SBT5；用SBT5為宿主，高通量異源表達野生鏈黴菌Sgr29的基因組BAC文庫，激活了鏈黴菌Sgr29原先不能生產的多個抗菌活性物質。在此基礎上，本項目旨在進一步強化SBT5的次級代謝能力，高通量異源表達多種野生鏈黴菌的基因組大片段BAC文庫，激活沉默的抗生素生物合成途徑，藉此高效發現新抗生素及其對應的基因簇，建立一個高效率的異源表達篩選抗生素及其基因簇的平台技術。
結題摘要
通過最佳化變鉛青鏈黴菌獲得SBT18等多個菌株，比較異源表達聚酮、非核糖體肽和核苷等不同種類抗生素的效率，發現其中SBT18最適合作為文庫高通量異源表達的宿主。以SBT18為表達宿主，建立了一個可高通量操作的、以活性為導向的基因組文庫異源表達與篩選體系(LEXAS)。將LEXAS技術套用於挖掘四株鏈黴菌的活性天然產物及其基因簇。其中，從婁徹氏鏈黴菌Sal35中鑑定兩個已知抗生素鏈絲菌素和疏螺旋體素及其基因簇，發現兩個新結構的線性脂肽及其基因簇，以及一個抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)的新抗生素雷可肽（lexapeptide）；從其它菌株中克隆和異源表達了卓酚酮、醌那黴素、抗黴素、放線菌素D、村山醌、殺粉蝶菌素等八種抗生素的完整基因簇。其中，村山醌和雷可肽只能通過異源表達產生，在我們的原始菌株中不表達產物，是沉默的。利用LEXAS技術篩選所獲得的基因簇，研究了村山醌、卓酚酮和雷可肽的生物合成途徑。村山醌的生物合成包含一個三環直連蒽醌到角環菲醌的氧化重排過程，我們通過遺傳和生化實驗揭示參與該重排事件的不穩定中間體和三個關鍵氧化還原酶。3,7二羥基卓酚酮可螯合多種重金屬離子，在微生物生理、生態和相關天然產物藥物研發中均具有重要意義，我們在鏈黴菌中發現一個綜合了分支酸與苯丙酮酸合成代謝、苯乙醯輔酶A分解代謝和次級代謝高效匯聚合成卓酚酮次級代謝產物的典型途徑，為相關化合物的生態效應及其藥物開發奠定基礎。雷可肽的合成則揭示出一類新型核糖體肽合成途徑，為該類抗菌肽作為藥物或肽類食品防腐劑的研發奠定紮實基礎。另外，本項目建立的該高通量挖掘方法（LEXAS）可套用於各種鏈黴菌和放線菌，適用於沉默基因簇及其活性代謝產物的激活與挖掘，可以推廣套用於活性天然產物及其生物合成途徑的大規模篩選。
